Презентация - "Конспект лекций "Методы осуществления стандартных и сертификационных испытаний, метрологических поверок средств измерений"

МДК02.02 МЕТОДЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СТАНДАРТНЫХ И СЕРТИФИКАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ, МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ПОВЕРОК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЖНОСТИ

7 СЕМЕСТР- лекции 80ч;
- практические 26ч;

Дифференцированный зачет (тест)

Тема 2.3 Поверка средств измерения давления и разрежения
Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление — одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ и ход технологических процессов.
Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разрежение).
В Международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят паскаль (Па) — давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2 и направленной нормально к ней.

В технической системе единиц давление выражается в килограммах силы на квадратный сантиметр (кгс/см2) и килограммах силы на квадратный метр (кгс/м2).
Также существуют такие единицы измерения давления как бар, миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), миллиметр водного столба (мм вод. ст.), а также физическая или нормальная атмосфера (атм), которая эквивалентна 760 мм рт. ст.

Датчики  давления можно разделить на измерительные приборы давления и измерительные преобразователи давления.

Классификация датчиков по типу измеряемого давления:
Датчики абсолютного давления- эти датчики измеряют давление относительно абсолютного вакуума.
Применение: пищевые и химические производства.
Датчики избыточного (относительного) давления, манометры- эти датчики измеряют давление относительно атмосферного давления в этом месте. Барометры измеряют атмосферное давление.
Применение: водоснабжение и водоотведение.
Датчики дифференциального (перепада) давления- эти датчики измеряют перепад (разность) давления в двух точках.
Применение: контроль загрязнения фильтров, измерение расхода и уровня жидкости (гидростатический метод).
Вакуумные датчики, датчики разряжения- измеряют давление, которое ниже атмосферного (вакуум).

Принцип работы манометров

https://yandex.ru/video/preview/13277509312345769132

https://yandex.ru/video/preview/13698016631860633146

https://yandex.ru/video/preview/17848015425350977425

https://yandex.ru/video/preview/12550757802791710252

Опрос №1 по теме 2.3

https://www.konstalin.ru/UserFiles/Files/gost/GOST%208.563.2-97.pdf
ГОСТ 8.563.2-97

https://docs.cntd.ru/document/1200023454
ГОСТ 22520-85

Тема 2.4 Поверка средств измерения расхода

Расходоме́р — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчиком-расходомером.

Расходомеры бывают:
Механические счетчики расхода;
Рычажно- маятниковые расходомеры;
Расходомеры переменного перепада давления;
Расходомеры постоянного перепада давления;
Оптические расходомеры;
Ультразвуковые расходомеры;
Электромагнитные расходомеры;
Кориолисовы расходомеры;
Вихревые расходомеры;
Тепловые расходомеры;
Меточные расходомеры

Механические счётчики расхода

1.1Скоростные счётчики
1.2Объёмные счётчики
В зависимости от конструктивных особенностей рабочего органа: поршневые, шестеренные.
В зависимости от вида движения рабочего органа: поступательного движения, вращательно-ротационного движения, прецессионного, планетарного движения.
В зависимости и от конструкции и от вида движения рабочего органа классифицируются на:
поршневые (кольцевые) с планетарным движением кольцевого поршня;
шестеренные (круглые) с ротационным вращением круглых шестерен;
шестеренные (овальные) с ротационным вращением овальных шестерен;
лопастные (камерные) с ротационным вращением лопастей, выполненных в виде камер;
лопастные (пластинчатые) с ротационным вращением пластинчатых лопастей

1.3Ёмкость и секундомер
1.4Ролико-лопастные расходомеры
1.5Шестерёнчатые расходомеры
1.6Расходомеры на базе объёмных гидромашин

Скоростные счётчики
Жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.

Объёмные счётчики
Поступающая в прибор жидкость или газ измеряется отдельными, равными по объёму дозами, которые затем суммируются. Счётчики газа на этом принципе часто встречаются в быту.

Ёмкость и секундомер
Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости и поделив его на время заполнения, можно узнать расход жидкости. Широко используется в тестовых и поверочных лабораториях.

Ролико-лопастные расходомеры
Область применения ролико-лопастных расходомеров очень широка: измерение расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, ж/д цистерн, резервуаров.
Расходомер оснащен встроенным электронным датчиком и программируемым микропроцессорным прибором с жидкокристаллическим дисплеем. Электроника расходомера имеет автономное питание на 3 - 5 лет и герметизированный выход на вторичный электронный прибор или компьютер, управляющий механизмами дозирования. Для метрологического применения или при необходимости проведения высокоточных измерений в технологических процессах, расходомер оснащен датчиком с высокой разрешающей способностью (до долей см3).

Шестерёнчатые расходомеры
Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году.
Измеряющий элемент состоит из двух шестерёнок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестерёнки. При каждом обороте пары овальных колес через прибор проходит строго определённое количество жидкости. Считывая количество оборотов, можно точно определить, какой объём жидкости протекает через прибор.
Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надёжностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенностью расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум).

Расходомеры на базе объёмных гидромашин
В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).
Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:

где:
Q — объёмный расход,
q0 — рабочий объём гидромашины (определяется по паспорту гидромашины),
n — частота вращения выходного вала гидромащины, которую можно измерить тахометром.
Объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.

Поверка средств измерения расхода. Алгоритм проведения поверки.
Поверка расходомера — это совокупность действий для определения его погрешности и годности к применению. Поверка необходима если расходомер работает в сфере государственного регулирования ОЕИ, например в сфере коммунальных услуг или на опасном производственном объекте. Поверке расходомеров посвящены различные методики, например ГОСТ Р 8.675-2009 для электромагнитных расходомеров, МИ 163-78 для массовых расходомеров жидкости или РД 50-211-80 для расходомеров и счетчиков газа. Периодичность поверки, как правило 1 год.

Поверка возможна для расходомеров внесенных в Госреестр РФ. Если модель в Госреестр не вносилась, либо работает вне сферы госрегулирования, возможна ее калибровка с определением метрологических характеристик и выдачей сертификата. Основное средство поверки – эталоны объемного и массового расходов или образцовые расходомеры. Основные поверочные операции включают в себя опробование, определение геометрических параметров и метрологических характеристик.

Поверка массовых расходомеров «ЭМИС-МАСС 260» имитационным методом – YouTube

Историческая справка

Первое достоверно известное устройство для измерения температуры было создано Г. Галилеем около 1595 г. Этот прибор (термоскоп) использовал явление изменения объема газа при нагревании и охлаждении. Однако этот прибор (и последующие аналоги) имел большой недостаток: его шкала была относительной и показания не могли быть выражены в численной форме.

Крупным шагом в развитии термометрии было введение изобретателем ртутного термометра Г.Фаренгейтом (G. Fahrenheit) в начале 18 века первой температурной шкалы, названной его именем, опирающейся на две опорные точки. В качестве нижней опорной точки (0°F) он использовал температуру замерзания солевого раствора, самую низкую воспроизводимую в то время, а в качестве верхней точки температуру тела человека (96°F - в старину было удобнее считать дюжинами). Сам изобретатель определял вторую эталонную точку как температуру под мышкой здорового англичанина.

Привычная нам десятичная температурная шкала была предложена А. Цельсием (A. Celsius) в 1742 году. В качестве опорных точек для нее используются температура плавления льда (0°C) и температура кипения воды (100°C).

Наконец, в начале 19 века английским ученым лордом Кельвином (Kelvin) была предложена универсальная абсолютная термодинамическая температурная шкала, ставшая стандартной в современной термометрии. Одновременно Кельвин обосновал понятие абсолютного нуля температуры.

Тема 2.5. Поверка средств измерения температуры

Существуют несколько определений температуры. Одно из них наиболее близкое людям, занимающимся практическими измерениями и исходит из нулевого закона термодинамики:
если два тела находятся в состоянии теплового равновесия, то они имеют одинаковую температуру.

Таким образом, если мы обеспечим хороший тепловой контакт термометра с измеряемой средой, то по прошествии некоторого времени, необходимого для установления теплового равновесия, температуры термометра и среды будут одинаковы. Естественно, что данный вывод будет верен, только если наша система изолирована от других тел и не совершается никакой работы.

Температура — физическая величина, количественно характеризующая меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.

Из определения температуры следует, что она не может быть колличественно измерена непосредственно и судить о ней можно по изменению других физических свойств тел (объема, давления, электрического сопротивления, термоЭДС, интенсивности излучения и т.д.).

В зависимости от диапазона измеряемых температур различают две основные группы методов измерения:
контактные (собственно термометрия) - жидкостные, манометрические, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и др.
безконтактные (пирометрия или термометрия излучения), применяемые в основном для измерения очень высоких температур - для измерения криогенных температур используются также газовые, акустические и магнитные термометры.

ГОСТ 8.558-2009 ГОСТ 8.558-2009 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственная поверочная схема для средств измерений температуры - docs.cntd.ru

Обзор контактных термометров серии ТК-5.01 - поиск Яндекса по видео (yandex.ru)

Ответь на вопросы
Эталон- это?
Кто создал первые пригодные термометры?
В каком году введена температурная шкала Цельсия?
Чему равна температура тройной точки воды?
В каком диапазоне используют ртутные термометры?
Наиболее удобные технические виды термометров?
Чему равен температурный коэффициент сопротивления?
Что такое термопара?
В чём заключается люминесцентный метод измерения температуры?
В каких пределах находится область измерения температур для волоконно-оптических датчиков излучения?

Тема 2.6 Поверка средств измерения уровня
Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры.

Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей. Наибольшее распространение в промышленном использовании получили следующие виды уровнемеров: буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, и ёмкостные.

Пьезометрические уровнемеры- уровень вязких или агрессив­ных жидкостей в открытых или закрытых резервуарах определяют методом продувания сжатого воздуха или инертного газа через слой измеряемой жидкости.

Простейшими уровнемерами, применяемыми для контроля уровня жидкости, находящейся в резервуаре под атмосферным давлением, являются поплавковые уровнемеры, схема которых показана на рис. 
Чувствительным элементом измерителя уровня является поплавок 1, плавающий на поверхности жидкости 2. Положение поплавка, а следовательно, и положение связанного с ним уравновешивающего груза 3 относительно шкалы 4 определяют уровень жидкости.
Поплавок в большинстве случаев представляет собой металлический или стеклянный пустотелый или заполненный каким-либо легким материалом герметичный сосуд шаровидной, чечевицеобразной или цилиндрической формы. Чаще применяются тонущие поплавки-буйки, частично погруженные в жидкость (рис. 6.1, б). Буек 5 подвешен на рычаге 6 и пружине 7. При изменении уровня жидкости изменяется степень погружения буйка, а следовательно, и растягивающее усилие пру­жины 7 под действием веса буйка. Благодаря этому каждому уровню будет соответствовать определенное положение буйка. Положение буйка или поплавка преобразуется в линейное или угловое перемещение, которое может быть передано, на указывающий прибор или преобразовано в электрический или пневматический сигнал для дистанционной пе­редачи. Перемещение буйка через рычаг 6 передается на ось 8, на которой закреплена стрелка 9, показывающая по шкале 10 уро­вень жидкости.

Поплавковый уровнемер

ГОСТ 8.321-2013
3 Термины и определения
4 Операции поверки
8 Проведение поверки (8.1, 8.2, 8.3.1 до примечания)

Статья 13. Поверка средств измерений
Федеральный закон от 26.06.2008 N 102-ФЗ (ред. от 11.06.2021) "Об обеспечении единства измерений" (с изм. и доп., вступ. в силу с 29.12.2021)

Сравнительная характеристика уровнемеров

Для чего измеряется уровень?
Основной причиной для измерения уровня является необходимость отслеживать количество продуктов в единицах объема или массы. Промышленные требования по технологическому учету постоянно ужесточаются. Измерение уровня является одним из ключевых компонентов системы учета резервуарных парков для обеспечения надежного и точного управления запасами сырья и готовых продуктов.

1. Технологический учет запасов;
2. Коммерческий учет;
3. Эффективность технологических процессов;
4. Безопасность;
5. Равномерная подача

 Терминология измерений уровня

Значение уровня выражается, как правило, в единицах длины. Уровень может также быть выражен в % от значения, соответствующего полному резервуару или в % от диапазона измерений. Например, уровень в резервуаре на рисунке 2.1 может быть представлен, как 2,7 м, 90% от полной емкости или 50% от диапазона измерений. Диапазон измерений - это расстояние между низшим и высшим значениями, измеряемыми датчиком уровня (LT) в конкретном применении. На рисунке диапазон измерений от 8 до 10 футов (2,45 - 3 метра).



Рисунок- Измерение уровня

Опрос №2 по темам 2.4, 2.6

Тема 2.7. Поверка приборов химического контроля и газового анализа

Условия поверки газоанализаторов.
Алгоритм поверки.
Образцовые приборы.
Схему поверки.
Схема работы газоанализаторов.

Приборы, системы и средства контроля химического заражения окружающей среды предназначены для на­блюдения за окружающей средой и обнаружения в воз­духе атмосферы, в почве и воде опасных химических ве­ществ.
Их подразделяют на приборы, системы и средства контроля заражения воздуха, промьшленных выбросов и отработанных газов, поверхно­стных вод и питьевой воды, сточных вод, почвы.

Приборы, системы и средства контроля химиче­ского заражения воздуха
а) Отдельные приборы
Газоанализаторы (автоматические газоанализато­ры) — приборы для измерения содержания одного или нескольких компонентов в газовой смеси, таких как диоксид серы, сернистый газ, сероводород, оксид угле­рода, диоксид азота, аммиак, хлор и др.
Автоматиче­ский газоанализатор представляет собой прибор, в ко­тором отбор проб воздуха, измерение концентрации контролируемого компонента, выдача и запись резуль­тата анализа, а затем и удаление пробы осуществляется автоматически, по заданной программе, без участия обслуживающего персонала.

В зависимости от режима работы газоанализаторы подразделяются на приборы непрерывного и циклического действия. Они могут быть стационарными, передвижными и переносными.
Газоанализаторы в зависимости от принципа действия подразделяются на механические, звуковые, ультра­звуковые, тепловые, магнитные, электрохимические, ионизационные, оптические и комбинированные.

Сигнализаторы— приборы, осуществляющие толь­ко сигнализацию о достижении заранее установленного значения концентрации анализируемого компонента (или их суммы) — горючих газов, паров и их смесей, от­носящихся к различным категориям взрывоопасности.

Газовые хромотографы предназначены для опреде­ления наличия микропримесей в различных вещест­вах, материалах, а также в окружающей среде.
Метод газовой хромотографии основан на различ­ном распределении молекул разделяемых компонен­тов между движущейся и неподвижной газовой фазами. Метод позволяет в одном анализе определить каче­ственный и количественный состав сложной смеси, содержащей до 100 — 200 летучих компонентов.
К таким приборам относятся: газовые аналитичекие хромотографы «Цвет-5ООМ», «Агат» и др.

б) Системы приборов. Стационарные системы контроля
Автоматизированная система дистанционного мониторинга (АСДМ)-«Лидар»осуществляет оптико-электронное зондирование воздушного бассейна в ав­томатическом режиме в целях проведения экологиче­ского мониторинга атмосферы и обнаружения аварий с выбросом АХОВ на ХОО. Система включает: стацио­нарный пост (СП), мобильный и лидарный комплекс (МЛК). СП имеет 3 канала.
1. Телевизионный с круговым обзором радиусом 10 км для визуального обнаружения выброса.
2. Тепловизионный — выполняет функцию тепловизионного обнаружения в ночное время и в условиях ограниченной видимости.
3. Лидар (лазер) кругового обзора — определение координат точки выброса и концентрации АХОВ.

Автоматизированная система контроля утечки токсичных газов и оповещения ХОО предназначена для непрерывного измерения концентрации токсичных га­зов (хлора, сероводорода) и др., включения звуковой и световой сигнализации об аварии, определения уровня аварии, прогнозирования данных о последствиях аварий и выдачи их на монитор программно-вычистельного комплекса и принтер, автоматической передачи данных об аварии в соответствующие органы управления ГОЧС.

Мобильная экологическая лаборатория (МЭЛ)- оснащена современной химической и ра­диационной аппаратурой на основе хромато-масс-спектрометрии, газовой и жидкостной хроматографии, других современных методов определения большого количества вредных веществ и соединений в различ­ных средах с машинной обработкой данных и и полу­чением информации в короткий срок.

Передвижная лаборатория (ПЛ)предназначена для оперативного контроля за содержанием вредных при­месей в выбросах, в атмосферном воздухе и в сточных водах. Лаборатория работает как в системе контроля за заражением окружающей среды, так и автономно.

Поверка газовых анализаторов в России

Измерительные приборы, подпадающие под государственный надзор, осматривают на соответствие метрологическим характеристикам. С 2008 года деятельность в этой сфере регламентирует Федеральный закон № 102 «Об обеспечении единства измерений». Газовый анализатор или другое устройство учета поверяют с определенной частотой, обычно 1 раз в год.

Различают 5 видов поверки:
первичная- перед началом эксплуатирования анализатора;
периодическая- выполняют по плану. Графики указывают в документации, а составляют эти расписания метрологические службы предприятий. После того как план одобрит Росстандарт, его еще должен будет утвердить руководитель фирмы.
внеочередная- проводится в случае утери документа об осмотре оборудования, повреждениях или длительном простое устройства;
инспекционная- визит (поверка) в рамках государственного метрологического надзора. При разногласиях по метрологическим характеристикам прибегают к экспертной поверке;
экспертная- ее может назначить прокуратура или суд, но иногда достаточно желания потребителя.

Метрологические нормы устанавливают в технических или стандартных условиях на определенный газоанализатор, в зависимости от сферы применения и с указанием условий для поверочных работ по ГОСТ 8.401-80. В нормальных условиях разность между крайними значениями измерений для допустимой основной погрешности выделяют в пределах 25 %.
Поверку проводят только аттестованные сотрудники по средствам измерения величин по ПР 50.2.012-94. Прежде чем сделать свою работу, они должны прочитать руководство к газоанализатору, а также поработать с приборами.

В процессе специалист будет вести протокол и вписывать следующие данные:
1. номер документа;
2. дату;
3. имя владельца газового анализатора;
4. номер поверяемого устройства;
5. показания прибора и параметры погрешностей.

В итоге владелец измерителя получит подписанное свидетельство с отметкой «Годен», но если с качеством прибора не повезет — то извещение с записью «Не годен».

Тема 2.8 Вспомогательные устройства средств измерений

Особенности установки приборов температуры, давления, уровня, количества и качества вещества.

Измерительные преобразователи и приборы находятся в наиболее сложных условиях эксплуатации. Они подвергаются воздействиям давлений контролируемых сред, температуре, а в некоторых случаях и воздействиям вибрации.
Монтаж каждого вида первичных преобразователей имеет свои особенности, которые учитывают условия эксплуатации. Место установки следует выбирать с учётом удобства эксплуатации, и с учётом достоверности показаний. Кроме индивидуальных особенностей каждого вида измерений существуют общие требования, предъявляемые к установке воспринимающих элементов.

К общим требованиям относится:

1. Место установки должно быть доступно для эксплуатации в процессе работы. Если эти устройства установлены на высоте более двух метров, то должны быть предусмотрены лестницы с площадками для их обслуживания.
2. Если первичные преобразователи устанавливаются вблизи трубопроводов и аппаратов, излучающих тепло, то приборы должны быть заэкранированы.
3. Первичные преобразователи при установке группируют так, чтобы они стояли на общих металлических конструкциях, в местах удобных для эксплуатации.

4. Показывающие или самопишущие приборы, установленные в производственных помещениях должны быть хорошо освещены, температура окружающего воздуха должна быть не менее +5۫ С и не более +50۫ С.
5. Если в производственном помещении, в местах установки, возможна вибрация, то необходимо применять амортизирующие устройства.
6. Если в производственном помещении, в процессе нормальной работы оборудования, возможно образование агрессивных газовых смесей, то преобразователи и приборы устанавливают в шкафных щитах с поддувом воздуха от системы приточной вентиляции.
7. Если средства контроля устанавливают в не отапливаемых помещениях или на открытых площадках, то необходимо применять шкафные щиты с обогревом, в которых зимой должна поддерживаться температура +10 ÷ +25۫С.

Для обеспечения правильной стабильной работы газоанализаторов к их монтажу предъявляется ряд требований: помещение для их монтажа должно быть взрывобезопасным; в воздухе помещения не должно быть пыли и химически агрессивных примесей; газоанализаторы должны быть защищены от воздействия сильных потоков воздуха, электромагных полей и механических вибраций; место установки должно обеспечивать свободный доступ к прибору для его обслуживания и регулировки; влажность воздуха от 30% до 80%.

ГОСТ 8.563-2009